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Jul 02, 2023

Ce que vous n'avez peut-être pas entendu parler du blindage

Qu’est-ce qui détermine l’efficacité d’un blindage de câble ? Et quel est l'impact de la décision de mettre ou non un bouclier à la terre sur son efficacité ? Heureusement, il existe une théorie bien développée de

Qu’est-ce qui détermine l’efficacité d’un blindage de câble ? Et quel est l'impact de la décision de mettre ou non un bouclier à la terre sur son efficacité ? Heureusement, il existe une théorie bien développée du blindage, qui sera discutée comme un moyen d’avoir une compréhension générale de ce que l’on peut attendre des performances du bouclier. Mais il y a bien plus encore. La manière dont le bouclier est terminé peut affecter de manière significative son efficacité, comme nous le verrons.

La théorie du blindage commence par un modèle de l’environnement physique du bouclier. Le modèle suppose que le câble est gainé, de sorte qu'un blindage ne soit en contact avec un plan de masse nulle part, sauf éventuellement aux extrémités. Cela étant, une ligne de transmission est formée par le plan de masse existant et l'extérieur du bouclier. De même, l'intérieur du blindage et les conducteurs qu'il contient forment également une ligne de transmission. Nous avons donc deux lignes de transmission couplées par la fuite à travers le bouclier (voir Figure 1).

Figure 1 : Le modèle de base de l'environnement physique

Le couplage des lignes de transmission interne et externe est caractérisé par un mécanisme appelé impédance de transfert de surface, Zt. Dans la plupart des installations, le blindage, et donc la ligne de transmission externe, est court-circuité à la terre soit aux deux extrémités, soit à une extrémité, illustré schématiquement sur la figure 2, par le commutateur SW étant respectivement fermé ou ouvert.

Figure 2 : Le modèle de l'environnement physique incluant les terminaisons

Les conducteurs internes se terminent à chaque extrémité par une certaine impédance qui, lorsque les mesures sont effectuées, correspond généralement à une charge ouverte, courte ou adaptée.

Si le blindage est terminé aux deux extrémités, le courant peut circuler le long de l’extérieur du blindage. Ce courant peut être dû soit à des boucles de masse provoquées par les masses aux extrémités du câble étant à des potentiels différents (Vd), soit à l'induction de champs externes, ou aux deux. Dans les deux cas, le courant de blindage externe est couplé aux circuits internes via l'impédance de transfert de surface, Zt.

Si le blindage se termine à une seule extrémité, la boucle de masse est rompue. Le courant est limité à celui qui est induit à circuler à travers la capacité distribuée entre l'extérieur du blindage et le plan de masse (voir Figure 3).

Figure 3 : Modèle de câble terminé à une seule extrémité

Le courant induit peut être faible, auquel cas la grandeur importante est la répartition de la tension le long du câble. La tension est nulle à l'extrémité du câble, mais peut être élevée à l'extrémité ouverte pour les fréquences où le câble dépasse un dixième de longueur d'onde, car à ce stade, il devient une antenne très efficace.

A l'extrémité ouverte, il existe un couplage capacitif entre le blindage et les conducteurs du câble en raison de la capacité frangeante Cf (voir Figure 4). Comme la tension aux bornes de cette capacité peut être élevée, un courant important peut être couplé dans les conducteurs du câble via la capacité frangeante.

Figure 4 : Le schéma de base du couplage lorsqu'une extrémité du blindage est en circuit ouvert

Jusqu’à présent, nous avons considéré un modèle de l’environnement physique et électrique d’un bouclier. Nous devons maintenant considérer les caractéristiques de la construction d’un bouclier et son impact sur ses performances.

Pour commencer, considérons un câble mis à la terre aux deux extrémités. Pour voir comment fonctionne un câble mis à la terre de cette manière, nous devons discuter de l'impédance de transfert de surface. En termes simples, l'impédance de transfert de surface relie la tension développée dans les circuits à l'intérieur d'un câble blindé aux courants circulant à l'extérieur du câble. Ainsi sur la figure 2 avec l'interrupteur fermé, le courant Ishield à l'extérieur du blindage donne naissance à V1 et V2 sur les conducteurs à l'intérieur du blindage, via Zt.

Alors, comment déterminer ce qu’est Zt ? Eh bien, nous pouvons le mesurer ou le calculer. La voie de mesure a été décrite dans [3], et un exemple sera présenté plus tard. La voie de calcul mérite d’être discutée car elle donne un aperçu de la physique impliquée.